Реферат Закон Ленца

Страница 1 из 2 | Следующая страница

Ян Шнейберг

У розвитку сучасних засобів зв'язку основну роль зіграли відкриття області електромагнетизму, зроблені на в XIX ст. вченими різних країн – М. Фарадеем, Д.К. Максвеллом, Р. Герцем.

Після відкриття Фарадея багато явищ, пов'язані з електромагнітної індукцією, залишалися недостатньо ясними.

Не існувало точних приладів та методів виміру електричних і магнітних величин, зокрема индуктированных струмів. Немає закону про повернення цих струмів, були встановлені кількісні характеристики явища електромагнітної індукції.

Усі ці складні фізичні проблеми було успішно дозволені видатним вітчизняним фізиком, петербурзьким академіком Э.Х. Ленцем.

Ім'я Э.Х. Ленца, як і імена видатних учених М. Фарадея, А.М. Ампера, Г.С. Ома, відомо кожному освіченого іще з шкільних років. Фундаментальні дослідження Ленца у галузі фізики і електромагнетизму принесли йому б світової слави. Він у міру праву вважається однією з засновників вчення про електричних і магнітних явищах.

Відкриття закону Ленца

Попри те що перші наукових досліджень Ленца ставилися переважно до області геофізики, його найвидатніші відкриття пов'язані вивчення електромагнітних явищ. Особливу увагу до цих явищам пояснюється, певне, помітної активізацією наукових досліджень області електромагнетизму, що з виявленням електродинамічних явищ, відкриттям найважливіших законів Ампером і Омом. Будучи непересічним експериментатором, Ленц було не переконатися у справедливості відкритих законів, тим більше ще було точних приладів та методів вимірів електричних і магнітних величин, був також загальновизнаних одиниць вимірювання, і еталонів і навіть закон Ома багатьма фізиками ставився під.

Маючи чималий досвід роботи з крутильными вагами Кулона, що були у процесі експериментів, в листопаді 1832 року Ленц підтвердив справедливість закону Ома, що викликало визнанню цього закону фізиками різних країн.

Першим найважливішим винаходом Ленца була розробка балістичного методу вимірів з вивчення законів індукції. У 1832 р., дізнавшись про відкриття Фарадеем явища електромагнітної індукції, Ленц розпочав експериментам для встановлення кількісних законів індукції. Він вважає, що «сила миттєвого струму індукції» діє аналогічне ударові, причому сила цього удару то, можливо виміряти за швидкістю, сообщаемой стрілці мультиплікатора – єдиного у той час індикатора електричного струму.

Схема установки Ленца була така. На столі укріплювався постійний магніт М з якорем А, у яких обмотку, електрично сполучений з мультиплікатором У. Свідчення мультиплікатора можна було цікаво спостерігати через оптичну трубу Т з допомогою дзеркала З (рис. 1).

Баллистический метод виміру Ленца є основою сучасного балістичного гальванометра. Вочного приладу для виміру змінних струмів – электродинамометра Вебера, що дозволило Лецом ще 30-х роках зробити кілька найважливіших відкриттів.

Через війну докладного аналізу експериментів Ленц зробив ряд узагальнень і висновків, які отримали загальне визнання подальший розвиток, зокрема у працях Максвелла.

Він встановив, що виникнення индуктированного струму залежить від швидкості «відривання» котушки від магніту; що электродвижущая сила, порушувана в котушці, пропорційна числу витків і дорівнює сумі электродвижущих сил, збуджуваних у кожному витку; цьому вона залежить від матеріалу і діаметра обмотки якоря. Закономірності, вперше встановлені Ленцем, з'явилися важливими кількісними характеристиками явища електромагнітної індукції. Він перший використовував своїх висновків для практичних цілей: вивів формулу до розрахунку обмотки електромагнітного генератора.

Зауважимо, що видавець відомого у роки журналу «Poggеndorff’s Annalen» не ризикнув опублікувати настільки незвичні і сміливі висновки Ленца, вони були надруковані мемуарах Академії наук (1833).

Але найбільше видатним відкриттям Ленца став закону про напрямі индуктированного струму, який його ім'я (саме «закон», а чи не «правило», що інколи її називають).

Після відкриття М. Фарадеем явища електромагнітної індукції і низку інших учених запропонували мнемонічні і досить складні «правила», які у приватних випадках визначати напрям индуктированного струму.

Уважно вивчивши всі роботи у цій галузі, Ленц в 1832 р. поставив ряд оригінальних дослідів, а листопаді 1833-го виступив у Академії наук з доповіддю «Про визначення напрями гальванічних струмів, збуджуваних электродинамической індукцією». Бо у літературі нерідко неточно, котрий іноді помилково формулюється закон Ленца, наводимо початковий текст з його доповіді. «Якщо металевий провідник рухається поблизу електричного струму чи магніту, у ньому порушується гальванічний струм такого напрями, що міг би обумовити, у разі нерухомості даного провідника, його переміщення у протилежний бік» (курсив наш – Я.Ш., рис. 2).

У роботі Ленц писав: «Після прочитання статті Фарадея я дійшов думки, що це досліди по электродинамической індукції може бути легко було зведено до законам електродинамічних рухів, отже коли ці останні вважати відомими, то буде визначено і перші; моє уявлення справдилося ряд дослідів».

Заслуга Ленца не в тому, що він сформулював загальний закону про напрямі индуктированного струму, а й – що ні менш важлива – переконливо довів справедливість закону збереження та перетворення енергії при взаємних перетвореннях механічної і електромагнітної енергії. (Термін «енергія» уперше був в введений у правове 1853 р. англійським ученим Ренкиным.)

Справді, якщо переміщати під впливом зовнішньої сили магніт чи провідник із течією поблизу замкнутого проводникаическая енергія переміщення магніту чи провідника із течією перетворюється на електромагнітну енергію струму індукції.

І головне: згідно із законом Ленца напрям индуктированного струму таке, що викликане їм сила перешкоджає руху, яким він була викликана, т. е. у присутності магніту чи провідника із течією потрібно бо’льшая витрата енергії, ніж у відсутність. І це частина механічної енергії перетворюється на електромагнітну енергію индуктированного струму.

Закон Ленца було встановлено рівня упродовж восьми років до опублікування першу роботу німецького вченого Р. Майера, який вважається однією з основоположників закону збереження та перетворення енергії. Тому Лецом належить заслуга закласти підвалини цієї ґрунтовної закону природи. У 1845 р. німецький фізик Ф. Нейман вперше математично сформулював теорію індукції і навіть запропонував вираз для електрорушійної сили індукції, що підтверджує закон Ленца.

У історії науку й техніки непогані часто зустрічаються приклади, коли одному вченому доводиться робити як фундаментальні теоретичні дослідження, а й назвати шляху їхнього практичного застосування.

Таким ученим був Э.Х. Ленц. За підсумками відкритого закону він вперше формулює принцип оборотності електричних машин (1833), а 1838 р. експериментально підтверджує його з допомогою генератора, наверненого їм у двигун.

Тільки століття через це відкриття Ленца одержало практичне застосування було однією з поворотних етапів у розвитку електротехніки і електромеханіки. Зауважимо, що у окремих джерелах не так вказується, ніби оборотність електричних машин Ленц встановив при спільну роботу з Б.С. Якобі. Це вдалося зробити за чотири роки до приїзду Якобі до Петербурга.

Видатні заслуги Э.Х. Ленца у сфері геофізики і електродинаміки отримали загальне визнання і високі оцінку Академії наук: у вересні 1834 року обирається до ординарних академіків із фізики.

Праці Ленца, друкувалися у і зарубіжних виданнях, були дуже відомі серед фізиків усього світу. З ними був добре і Б.С. Якобі, ще до його приїзду Росію вишикував оригінальну модель електродвигуна.

На пропозицію Ленца та інших російських учених Б.С. Якобі отримав урядове запрошення до Петербурга продовжити досліджень у сфері електромагнетизму і практичного застосування винайденого їм електродвигуна. Ленц допоміг опублікувати повідомлення роботи Якобі в працях Академії наук.

Юний мандрівник і винахідник

Эмилий Християнович Ленц народився (12) 24 лютого 1804 р. у ній обер-секретаря магістрату р. Тарту (Естонія). Це місто було створено 1030 р. російським князем Ярославом Мудрим і називався Юрьевом. Після захоплення прибалтійських земель німецькими хрестоносцями місто перейменували на Дерпт. Так називався майже кінця ХІХ ст. (хоча й повернутий Росії), та був – як й у нотца сім'я опинилася у важкому матеріальне становище і материна родини Ленца довелося докласти зусиль, щоб дати двом синам вищу освіту.

Після закінчення з відзнакою гімназії в 1820 р., де Э.Х. Ленц серйозно захопився природними науками і математикою, вона діє природний факультет Дерптського університету – однієї з найстаріших наукових центрів Росії. У університеті завдяки зусиллям його першого ректора, професора фізики Є.І. Паррота створили одну з найкращих країни фізичних кабінетів. Паррот залучив Ленца до роботи у цьому кабінеті, ніж у значною мірою визначив майбутню діяльність здатного студента.

У 1823 р. по щасливою випадковості Лецом вдалося зайнятися улюбленою справою.

Адміралтейство звернулося професора Парроту з проханням підібрати здатних студентів провести наукові спостережень у сфері «фізики, геології та астрономії» на шлюпі, який відправлявся в кругосвітню плавання під керівництвом контр-адмірала Крузенштерна. Ленц призначили фізиком експедиції і був виробляти спостереження на морі та суші (вимірювати глибини і температуру моря, вивчати властивості морської води, визначати вогкість повітря, стежити атмосферними явищами, виверженням вулканів, досліджувати магнітне схиляння тощо. буд.).

За підтримки Паррота Ленц конструює спеціально для експедиції два приладу – глибиномір і батометр (для взяття проб води та виміру температур різними глибинах). Зазначимо, що переваги батометра Ленца були належно оцінені лише у другій половині в XIX ст. А відомий адмірал С.О.

Макаров писав 1894 р., що із усіх «...способів доставляння води з великих глибин я визнаю найкращим той спосіб, який вживав Ленц в 1824–26 рр.».

Протягом трьох років експедиції майже всі виміру Ленц виробляв особисто вручну, але зумів одержати точні й цікаві дані. Йому вдавалося навіть знаходити час для занять фізикою і математикою, вивчити обсягом університетських курсів.

Після повернення з подорожі у липні 1826 р. Ленц готував звіт про спостереженнях. Доповідь про результати експериментів під час експедиції, продемонстрував його неабиякі здібності физика-экспериментатора, притому активно що використовував математичний апарат для аналізу та узагальнень, був представлений Академію наук в 1828 р. і незабаром отримав найвищу оцінку спеціальна комісія. Ленц був обраний ад'юнктом Академії із фізики (в постанові зазначалося, що він, будучи «російським уродженцем», як не глянь «заслужив такого обрання»).

Навесні 1829 р. Ленц знову робить цікаве подорож. Цього разу у складі наукової експедиції Академії наук на Ельбрус. Йому було доручені магнітні і гравітаційні спостереження. У червні 1829 р. Ленц брав участь у сходженні на її вершину Ельбрусу і дійшовши досяжна лише 600 футів, вперше справив з допомогою барометра метеорологічні спостереження, які дозволяли визначити висоту Ельбрусу.

Після повернення з про моря, в Баку і Астрахані. Зокрема, спостерігав виходять на поверхню горючі гази, взяло їх зразки, і навіть зразки нафти. Результати спостережень, особливо описи нафтових багатств Апшеронского півострова, було виявлено Академією наук. Цікаво відзначити, що за 2 місяці до повернення експедиції Э.Х. Ленц в 1830 р. заочно обирається екстраординарним академіком. Йому було тільки 26 років!

Вагомий внесок у теорію електричних машин внесли дослідження Ленца (1845–47 рр.), довів залежність генерованого струму від швидкості обертання якоря. Він відчинив явище «реакції якоря» але тільки пояснив його, а й запропонував практичний спосіб ослаблення цього явища шляхом зсуву щіток з нейтральній лінії машини.

У сучасному электроизмерительной техніці широке застосування отримав осцилограф. Проте не всім відомо, що до винаходи цього приладу Ленц сконструював спеціальний комутатор, з допомогою кого вперше зняв фазові криві струму намагничивания, зображені їм у вигляді синусоид.

Разом з академіком Б.С. Якобі Ленц провів важливі практичної електротехніки дослідження законів намагничивания заліза, прагнучи отримати «глибше уявлення про швидкості, з якою залізо сприймає магнетизм». Високу оцінку сучасників отримали роботи Ленца і Якобі «Про закони електромагнітів» і «Про притяганні електромагнітів». Тільки після 30 років були опубліковані результати досліджень О.Г. Столєтова, развивавшие роботи Якобі і Ленца по магнетизму і надали точніші методи розрахунку магнітних ланцюгів.

Діапазон наукових інтересів Ленца був є вражаючим. Одне з винахідників у сфері электромедицины зіштовхнувся з труднощами при підключенні кількох хворих на паралельні ланцюга джерела. Дізнавшись звідси, Ленц в 1844 р. вивів формулу визначення струму у кожній із паралельно з'єднаних гілок, містять джерела электродвижущих сил. Він у міру праву є попередником німецького вченого Р. Кирхгофа, який установив в 1847 р. два закону електричних ланцюгів, які мають його ім'я.

Закон теплового дії струму

Електромагнітне дію струму було єдиною сферою «електротехнічних» інтересів Ленца. Так само значимі роботи належать йому в дослідженнях теплового дії електричного струму. До закону теплового дії струму Ленц прийшов незалежно від досліджень англійського фізика

Д.П. Джоуля. Ще 1832–1833 рр. учений звернув увагу, що з нагріванні металевих провідників їх провідність істотно змінюється. Це ускладнювала розрахунок електричних ланцюгів. Визначити кількісну залежність між струмом і виділеної їм теплотою не міг, бо було ні точних приладів для виміру струму, ні джерела постійної електрорушійної сили, ні надійного методу виміру опору. Ленц використовував свої власні чи удосконалені їм вимірювальні прилади й особливо тщательноиографов вченого, його «схема було зібрано за останнім словом техніки на той час».

Ленц запропонував «свої» одиниці струму і напруження. Він також сконструював прибор-сосуд для виміру кількості який виділяється в дроті тепла. У посудину заливався розведений спирт, у якого значно меншою електропровідністю, ніж вода, використана в дослідах Джоуля. Через платинову дріт пропускався

Страница 1 из 2 | Следующая страница

Схожі реферати:

Навігація